مقالة منهجية

التصنيع المخصص المنخفض التكلفة والوضع-العملية المقفلة لليزر ألياف البصرية الطبيعي التشتت

7.2K مشاهدات

⸱

DOI:

10.3791/60160

⸱

نوفمبر 22, 2019

 ,  ,  , 
1Translational Biophotonics Cluster, Northeastern University, 2Department of Physics, Northeastern University, 3Department of Bioengineering, Northeastern University

في هذه المقالة

ملخص

يتم تقديم أسلوب لبناء الليزر ألياف البصرية المخصصة منخفضه التكلفة ، ووضع مؤمن للتطبيقات المحتملة في المجهر متعدد الفوتونات ، والتنظير ، والطب الضوئي. تم بناء هذا الليزر باستخدام الأجزاء المتاحة تجاريا وتقنيات الربط الاساسيه.

الملخص

يتم تقديم بروتوكول لبناء مخصصه منخفضه التكلفة ولكن عاليه الأداء فيمتو ثانيه (fs) ألياف الليزر. هذا كله--الطبيعي--تشتت (اندي) yاتيرسي ألياف الليزر هو بنيت تماما باستخدام الأجزاء المتاحة تجاريا ، بما في ذلك $8,000 في مكونات ألياف البصرية ومضخة الليزر ، بالاضافه إلى $4,800 في المكونات البصرية القياسية وملحقات اضافيه تجويف. الباحثون جديده لتصنيع ألياف البصرية الجهاز قد تنظر أيضا الاستثمار في الربط ألياف الاساسيه والليزر معدات توصيف النبض (~ $63,000). المهم لعمليه الليزر الأمثل ، طرق للتحقق من الأداء الصحيح مقابل الظاهري (الجزئي أو الشبيه بالضجيج) يتم تقديم عرض تامين. هذا النظام يحقق 70 fs مده النبض مع الطول الموجي مركز من تقريبا 1,070 نانومتر ومعدل تكرار النبض من 31 ميغاهيرتز. هذا الليزر ألياف يسلك الأداء الذروة التي يمكن الحصول عليها لنظام الليزر ألياف تجميعها بسهوله ، مما يجعل هذا التصميم المثالي للمختبرات البحوث تهدف إلى تطوير المدمجة والمحمولة الليزر fs التكنولوجيات التي تمكن تطبيقات جديده من السريرية المجهرية متعدد الفوتونات والجراحة fs.

المقدمة

الحالة الصلبة فيمتو ثانيه (fs) وتستخدم علي نطاق واسع ليزر النبضي للبحوث المجهرية والبيولوجية. مثال واحد نموذجي هو استخدام متعدد الفوتونات الاثاره (MPE) المجهر الفلوري ، حيث الطاقة الذروة العالية والطاقة المتوسطة المنخفضة المطلوبة لتسهيل عمليه MPE مع تقليل أليات التصوير الضوئي. العديد من عاليه الأداء ليزر الحالة الصلبة متاحه تجاريا ، وعندما يقترن مع مذبذب البصرية حدودي (OPO) ، والطول الموجي ليزر يمكن ضبطها علي مدي مجموعه واسعه1. علي سبيل المثال ، أنظمه المذبذب-OPO التجارية توليد < 120 fs فترات النبض (عاده مع معدل تكرار نبض 80 ميغاهيرتز) و > 1 W متوسط الطاقة من 680 إلى 1,300 nm. ومع ذلك ، فان تكلفه هذه النظم التجارية الليزر fs القابلة للتوقد كبيره (> $200000) ، وأنظمه الحالة الصلبة تتطلب عموما تبريد المياه وغير المحمولة للتطبيقات السريرية.

وقد نضجت تكنولوجيا الليزر ألياف نابض الترا في السنوات القليلة الماضية. التكلفة من [فس] تجاريه نابض ليف ليزر عاده [لوور] بشكل ملحوظ من ليزر [سليد-ستت], رغم ان دون القدرة من واسعه طول موجية يوفق يعطي ب ال [سليد-ستت] نظامات يذكر أعلاه. لاحظ انه يمكن اقران ليزر ألياف مع OPOs عند الرغبة (اي ألياف الهجينة-الصلبة-الحالة الانظمه). النسبة الكبيرة من السطح إلى الحجم من أنظمه الليزر ألياف تمكن تبريد الهواء كفاءه2. التالي ، الليزر ألياف هي أكثر المحمولة من أنظمه الحالة الصلبة نظرا لصغر حجمها نسبيا وتبسيط نظام التبريد. وعلاوة علي ذلك ، فان الربط الانصهار للمكونات ألياف يقلل من تعقيد النظام والانحراف الميكانيكي علي النقيض من محاذاة الفضاء الحر للمكونات البصرية التي تشكل أجهزه الحالة الصلبة. كل هذه الميزات تجعل الليزر ألياف مثاليه للتطبيقات السريرية. في الواقع ، تم تطوير جميع ألياف الليزر لعمليه صيانة منخفضه3،4،5، وجميع الاستقطاب-الحفاظ علي (PM)-ألياف الليزر مستقره للعوامل البيئية بما في ذلك التغيرات في درجه الحرارة والرطوبة ، فضلا عن الاهتزازات الميكانيكية2،6،7،8.

هنا ، يتم تقديم طريقه لبناء فعاله من حيث التكلفة fs النبضي ليزر ألياف اندي مع الأجزاء المتاحة تجاريا وتقنيات الربط ألياف القياسية. وتعرض أيضا طرق توصيف معدل تكرار النبض ، ومدته ، وتماسكه (قفل الوضع الكامل). الليزر ألياف الناتجة يولد الوضع مقفله البقول التي يمكن ان تضغط علي 70 fs مع معدل التكرار من 31 ميغاهيرتز والطول الموجي تركزت في 1,060 إلى 1,070 نانومتر. الحد الأقصى لإنتاج الطاقة من تجويف الليزر هو تقريبا 1 W. الفيزياء نبض من الليزر ألياف اندي يستخدم باناقه تطور الاستقطاب غير الخطية المتاصله في ألياف البصرية كعنصر رئيسي من امتصاص تشبع2,3,9,10,11. ومع ذلك ، وهذا يعني انه لا يتم تنفيذ التصميم اندي بسهوله باستخدام ألياف PM (علي الرغم من انه تم الإبلاغ عن تنفيذ ألياف all-م من اندي وضع-تامين ، وان كان مع انخفاض الطاقة والنبض ps المدة12). التالي ، يتطلب الاستقرار البيئي قدرا كبيرا من الهندسة. الجيل القادم من ألياف الليزر التصاميم ، مثل المذبذب mamyshev ، لديها القدرة علي تقديم الاستقرار البيئي الكامل كما الاجهزه جميع-م-ألياف قادره علي زيادة النظام من حيث الحجم في الطاقة نبض داخل الشركة ، فضلا عن تقديم انخفاض كبير في مده النبض لتمكين التطبيقات التي تعتمد علي أطياف نبض واسعه13،14 تصنيع مخصصه من هذه التصاميم الجديدة ألياف البصرية الليزر المبتكرة يتطلب الدراية وألياف الربط الخبرة.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

1. لصق ألياف وضع واحد (SMF)

ملاحظه: المقطع 1 يتكون من خطوات عامه للصق SMFs. هذه هي خطوه غير ضرورية ، ولكنها موصي بها ، لممارسه توصيلات ألياف باستخدام ألياف غير مكلفه. هذه الخطوة يضمن الأداء السليم للمعدات الربط قبل استخدام مواد ألياف البصرية أكثر قيمه.

  1. كليافي ألياف الاولي.
    1. تجريد ما يقرب من 30 ملم من ألياف مع أداه تجريد ألياف. بالنسبة للألياف الهشة (علي سبيل المثال ، ألياف المزدوجة المكسوة) ، يمكن استخدام شفره حلاقه لتقشير العازل بعناية.
    2. استخدام النسيج خاليه من الوبر مع الايثانول أو ايزوبروبانول لتنظيف ألياف تجريده. صوت الاز عند مسح ألياف يشير إلى ان ألياف نظيفه بما فيه الكفاية.
    3. وضع حامل ألياف علي الساطور ألياف. تاكد من النصل ، والمشبك ألياف من الساطور ، وحامل ألياف كلها نظيفه. يمكن استخدام مسحات القطن مع الكحول لتنظيف هذه الأجزاء من الساطور.
    4. تحميل بعناية ألياف في حامل ألياف. اترك ما يقرب من 25 مم من ألياف النظيفة المنزوعة الحجم في النهاية الحرة لساطور المشبك.
    5. اغلق برفق المشبك ألياف علي الساطور. لتجنب التوتر اضافيه تطبيقها علي ألياف ، وأعاده فتح ، وإغلاق المشبك بحيث يتم الإفراج عن التوتر.
    6. اضغط علي زر "قص" والساطور سوف يلتصق تلقائيا ألياف.
      ملاحظه: للتاكد من ان ألياف لا تزال نظيفه ، لا شيء يجب ان تلمس طرف ألياف بعد الكشط.
    7. نقل حامل ألياف إلى التحام الانصهار. استخدام ملاقط لتحريك قطعه قطع من ألياف إلى حاويه التخلص القرش.
      تحذير: يمكن لملاقط الصلبة ونصائح الملقط الحاده ان تكسر ألياف. يجب ان يكون ملقط المناسبة للتعامل مع ألياف البصرية البلاستيك ، ونصائح مدوره.
  2. يلتصق ألياف الثانية.
    1. كرر الخطوة 1.1 علي ألياف الثانية مع حامل ألياف الأخرى. وينبغي ان يكون المشقوق ألياف اثنين إلى ان الوتد مع نهايات المشقوق عقد معارضه بعضها البعض من قبل أصحاب ألياف داخل جهاز الربط ألياف.
    2. اغلق غطاء التوصيل.
  3. الانصهار لصق ألياف.
    1. اعداد المعلمات علي التحام الانصهار ، بما في ذلك القطر الأساسي ، وضع حقل القطر (MFD) ، والكسوة القطر. تعيين أسلوب المحاذاة إلى الكسوة.
    2. اضغط علي زر البدء ، سيتم محاذاة الشريحة تلقائيا.
      ملاحظه: من الممكن الحصول علي رسائل الخطا بخصوص شكل يلتصق الفقراء أو زاوية يلتصق كبيره. هذا هو عاده بسبب المشقوق الفقراء أو تلوث ألياف بعد يلتصق. في حاله حدوث ذلك ، كرر الاجراء الشق ألياف.
    3. اضغط علي زر البدء في كل محطه لتاكيد جوده اللصق. سيتم لصق تلقائيا.
    4. التحقق من جوده لصق عن طريق التحقق من مراقبه الجودة التي يقوم بها التوصيل وكذلك باستخدام عرض الكاميرا من المنطقة لصق. وصله جيده لديه حدود الكسوة موحده وسطوع موحده علي طول ألياف بحيث لا يوجد منعطفا لصق مرئية.
      ملاحظه: ألياف المقسمة غالبا ما تشمل البصريات لفحص لصق وتقدير فقدان الطاقة استنادا إلى قياس الهندسة والشكل ، والانكسار الخفيف من خلال ألياف باستخدام مصدر عمودي علي ألياف لعرض والصورة ، وتحليل مفصل اللصق. وبطبيعة الحال ، فان هذا ليس سوي تقدير ، ولكنه كاف في معظم الحالات. بالنسبة للألياف المتطابقة ، سيقوم المقسم بتقدير هذه الخسارة ك ~ 0 ديسيبل (اي خسارة قابله للكشف). من النتائج السابقة مع الشرائح ألياف غير متشابهة وصفها أدناه ، وتقديرات الشريحة من خسائر الطاقة تتراوح من 0.07 ديسيبل (لصق نقاط B و C ، الشكل 1) إلى 0.3 db (لصق نقطه D). هذه التقديرات علي الأرجح المبالغة في الخسارة بسبب الهندسة غير متطابقة والانكسار من ألياف البصرية المتباينة ، والتي تظهر زورا ككائنات عيب.
    5. افتح غطاء الشريحة ، ثم افتح أحد حاملي ألياف. يجب عدم فتح حامل ألياف الأخرى حتى تتم أزاله ألياف التي يتم ازالتها من التوصيل.
    6. كخيار ، يمكن أضافه كم من ألياف لحماية الوصلة. ويمكن استخدام سخان علي جهاز الربط لقولبه الأكمام علي ألياف. وبدلا من ذلك ، يمكن استخدام بندقية الهواء الساخن.
      ملاحظه: إذا كانت ألياف اثنين طويلة جدا أو تعلق علي مكونات أخرى ، يجب وضع الأكمام علي واحده من ألياف قبل المشقوق ، ومن ثم يمكن نقلها إلى نقطه الربط. الأكمام ألياف يتصرف مثل أنبوب يتقلص الحرارة في الدوائر الكترونيه. ويمكن استخدامه لحماية نقطه الربط من قوه الانحناء أو سحب. ويمكن استخدام ارتداد ألياف بدلا من ذلك لاستعاده نقطه اللصق للحماية القصوى لنقطه اللصق إلى التلف الميكانيكي ، وان كان ذلك بتكلفه اضافيه كبيره لأنه يجب شراء هذه المعدات إذا لم تكن متاحه بسهوله.

2. تجميع أجزاء ألياف

  1. لصق ألياف إنتاج المضخة < 1 > مع إدخال مضخة < 2 > من المضخة الموحدة اشاره (انظر الرسم البياني ليزر ألياف ، الشكل 1).
    1. اتبع القسم 1 ليلتصق ولصق ألياف. استخدام الاعداد الافتراضي لبرنامج الاساسيه I SP ، مع استثناء من المعلمات ألياف (2-A و 2-B) التي تحتاج إلى ان تكون المدخلات يدويا. ويمكن الاطلاع علي بارامترات الربط التي يلزم إدخالها في الجدول 1.
  2. لصق الإخراج الموحد < 3 > إلى ألياف Yb النشطة.
    1. اتبع الخطوة 1.1 ليلتصق ألياف إخراج الموحدة < 3 >.
    2. كليافي ألياف النشطة < 4 >.
      ملاحظه: لان ألياف النشطة < 4 > لديه الكسوة مثمنه ، فانه لا يصلح V-الأخدود من الساطور ألياف. ولذلك ، فان يلتصق بسيطه كما هو موضح في الخطوة 1.1 سوف تسفر عن زاوية يلتصق كبيره نسبيا. التالي ، فان الخطوات التالية تحدد بروتوكولا خاصا لتحقيق زاوية يلتصق المسطحة باستخدام نفس المعدات.
      1. اتبع المقطع 1 إلى يلتصق ولصق ألياف النشطة < 4 > وقطعه من 6/125 smf. يتم أزاله هذا SMF في وقت لاحق ولم تدمج في الليزر. ولذلك ، فانه من المقبول إذا كانت نوعيه هذه الزاوية يلتصق الفقراء. ليس من المهم الحصول علي زاوية يلتصق شقه لهذه الخطوة.
      2. قطع SMF حوالي 2 سم من نقطه الربط مع قطع الأسلاك.
      3. قطاع كامل طول SMF ، وتجريد ألياف النشطة لأخر 0.5 سم. الآن هو توج ألياف النشطة مع 2 سم من SMF الجاموس.
      4. تحميل ألياف النشطة في الساطور كما في الخطوات 1-1-3-1.1. تاكد فقط SMF ، التي لديها الكسوة الدائرية ، وفرضت من قبل المشبك ألياف.
      5. اتبع الخطوات التالية 1.1.7 ليلتصق ألياف النشطة < 4 >. منذ فقط smf في الأخدود V ، وهذا الشق سوف تسفر عن زاوية يلتصق الحد الأدنى.
    3. اتبع الخطوة 1.3 للصق ألياف.
  3. تقريبا قياس إجمالي إنتاج الطاقة من الطرف البعيد من ألياف النشطة < 4 >.
    1. قطع ألياف النشطة < 4 > في ~ 3 متر من نقطه لصق < B >. ويمكن استخدام ألياف أطول نشطه لإنتاج الطاقة اعلي ، ولكن سيتم تخفيض معدل التكرار بسبب الزيادة في طول تجويف.
    2. Cleave نهاية < 4C > كما هو مذكور في الخطوة 1.1.
      ملاحظه: لأنه يتم تقدير قياس الطاقة في الخطوة التالية ، فمن غير الضروري استخدام الأسلوب المذكورة في الخطوة 2-2-2.
    3. نقطه ألياف نحو متر السلطة وجلب ألياف والسلطة متر معا دون الاتصال المادي.
      تحذير: وضع غيض من ألياف قريبه جدا من عداد الطاقة سوف يضر ربما الاستشعار متر السلطة ، كما تتركز السلطة الخفيفة إلى نقطه صغيره علي جهاز الاستشعار. لتجنب ذلك ، استخدم الحد الأدنى من طاقة المضخة الموثوقه.
    4. قراءه إنتاج الطاقة من عداد الطاقة. كبير (> 80%) كفاءه الانتاجيه يشير إلى التوصيلات النوعية الكافية في نقاط < A > و < B >.
      ملاحظه: من الطبيعي ان يكون بعض فقدان الطاقة بسبب امتصاص ألياف النشطة ويرجع ذلك إلى عدم كفاءه طريقه اقتران إلى عداد الطاقة كما هو مذكور في الخطوات 2-3-2 إلى 2.3.3.
  4. لصق ألياف النشطة < 4 > إلى المدخلات < 5 > من المنجم < Col1 >.
    1. اتبع الخطوة 2-2-2 ليلتصق ألياف النشطة < 4 > في نهاية < C > ليتم تقسيمها إلى المنجم.
    2. قطع المدخلات < 5 > من المنجم < Col1 > إلى ما يقرب من 40 سم.
      ملاحظه: طول ألياف السلبية (< 5 >) لا ينبغي ان تكون طويلة جدا (> 40 سم) ، لان النبض تضخيم سيوسع إلى حد كبير في الوقت والمجال الطيفي بسبب زيادة التشكيل الذاتي المرحلة (SPM) وتشتت سرعه المجموعة (GVD) بعد مرور من خلال كسب ألياف (نبض التضخيم). هذه الآثار سوف تزيد من صعوبة ضغط النبض.
    3. اتبع الخطوات 1.1 و 1.3 ليلتصق مدخل المنجم < 5 > ولصق ألياف النشطة والفحم.
      ملاحظه: هذا لصق < C > لصق من ألياف المزدوجة يرتدون إلى SMF قد يبدو ان تكون ذات جوده اقل من التوصيلات السابقة. ومع ذلك ، يعتمد الأداء الفعلي فقط علي المحاذاة الاساسيه لان النبض ينتشر داخل النواة.
  5. لصق ألياف < 6 > من المنجم الثاني < Col2 > إلى اشاره ألياف المدخلات < 7 > من المقاتل.
    1. اتبع القسم 1 ليلتصق ولصق ألياف.

3. جبل أجزاء ألياف إلى الجدول البصرية

  1. جبل مضخة الليزر إلى الجدول البصري مع مسامير وأي المشابك اللازمة.
  2. جبل الموحدة اشاره مضخة إلى الجدول البصري مع المشابك. يمكن استخدام معجون الحرارية بين المجمع والجدول ، لان الجدول البصري يعمل بمثابه بالوعة الحرارة لل موحد.
  3. ضع ألياف علي الطاولة. ألياف 1 ، 2 ، 3 ، 5 ، 6 ، و 7 يمكن ان تكون ملفوفه بشكل فردي لتوفير مساحة ، في حين ان ألياف النشطة 4 ينبغي ان تكون اما مستقيمة أو ملفوف فضفاضة مع دائره نصف قطرها من انحناء > 20 سم. اترك بعض المساحة للوصول إلى لصق < C > للخطوة التالية.
    تحذير: قد يؤدي الانحناء القوي في ألياف النشطة إلى اشاره المضخة للهروب من الكسوة الداخلية للألياف النشطة. وهذا يمكن ان يؤدي إلى نقاط حرق مميته علي طول ألياف النشطة التي سوف تتطلب تركيب ألياف النشطة الجديدة.
  4. تطبيق مؤشر هلام مطابقه للصق < C >. يتم استخدام مؤشر هلام مطابقه لتوجيه ضوء مضخة من ألياف النشطة من أجل الحد من توليد الحرارة والاضرار الحرارية في نقطه اللصق. لاحظ انه لا توجد حاجه لاستعاده ألياف. فمن الأفضل ان تترك ألياف العارية والمغلفة في مؤشر هلام مطابقه للتقليل من خطر الاضرار الحرارية.
  5. استخدام أجزاء أوبتوميتشانيكال لتركيب وإصلاح المنجمين < Col1 > و < Col2 > علي الطاولة البصرية. وينبغي ان يواجه المنجمان بعضهما البعض بالفصل بين حوالي 35 سم لتوفير مساحة كافيه لإدخال مكونات الفضاء الحر داخل التجويف.

4. تجميع أجزاء الفضاء الحر

  1. بدوره علي الليزر مضخة. تعيين السلطة إلى 0.5 W (اي ، فوق عتبه لوضع-تامين بعد قوه أمنه لمحاذاة مكونات النظام).
    تحذير: في هذه المرحلة ، يجب ان يكون الفضاء مختبر الفئة IV الليزر المعتمدة ، يجب ارتداء نظارات السلامة بالليزر ، ويجب ان يكون الموظفين تلقوا التدريب بالليزر من الدرجة الرابعة.
  2. استخدم نطاق الاشعه تحت الحمراء (IR) للتحقق من نقطه اللصق < C >. تطبيق هلام مطابقه المؤشر علي اي بقع مشرقه ينظر من خلال نطاق الاشعه تحت الحمراء (تشير إلى النقاط المحتملة من الاضرار الحرارية) من أجل مساعده الضوء علي الهروب في هذه النقاط الخطر.
  3. ضبط موقف اثنين من المنجمين بحيث انها تشير مباشره إلى بعضها البعض. يمكن استخدام بطاقة عرض الاشعه تحت الحمراء للمساعدة في محاذاة الشعاع المتمركز في الفتحات المدخلة للمنجم.
  4. جبل الخائن شعاع الاستقطاب (تلفزيوني) 6 سم بعيدا عن < Col1 >. جبل جهاز استشعار متر السلطة بحيث يمكن قياس قوه شعاع الإخراج الليزر ينعكس بشكل مستمر. يجب تعيين الطول الموجي لعداد الطاقة إلى 1,060 نانومتر. والقراءة النموذجية للطاقة بدءا مع 0.5 W مضخة الطاقة هو ~ 50 mW قبل المحاذاة.
  5. ضبط مسامير علي الاصطدام يتصاعد لزيادة قراءه متر السلطة. استمر في اجراء التعديلات الدقيقة حتى تصل طاقة الإخراج إلى القيمة القصوى لحوالي 150 ميغاواط ، مما يشير إلى وجود محاذاة ممتازة.
    ملاحظه: تتطلب هذه الخطوة الدقيق والمريض التكيف ، والتي غالبا ما تستغرق وقتا طويلا. فمن الأكثر كفاءه لاتباع اجراء منهجي منهجي: أولا ، تدوير مسامير اثنين ان ضبط زاوية في نفس الاتجاه (X أو Y) علي المنجمين ، مع واحد المسمار الدورية ببطء شديد في اتجاه واحد في حين ان الآخر هو الدورية بسرعة لمسح جميع زوايا معقولة. الحفاظ علي تتبع الحد الأقصى للقراءة من عداد الطاقة. بمجرد العثور علي القوه القصوى ، والتبديل إلى مسامير ، والتكيف مع اتجاه آخر. كرر التدوير البطيء والمسح السريع الموصوف أعلاه. نظرا لانعكاسات من العدسات داخل كل من المنجمين ، فمن الممكن ان نلاحظ العديد من الحد الأقصى المحلية في حين محاذاة المنجم. القوه القصوى الفعلية أكبر بكثير (150 ميغاواط) مقارنه مع الحد الأقصى المحلي (70 إلى 80 ميغاواط).
  6. جبل المعزل 3 سم من < Col2 >. ضبط اتجاه المنجم مره أخرى لمحاذاة مكونات المساحة الحرة وتعظيم إنتاج الطاقة. وجود المعزل قد يصرف قليلا محاذاة شعاع ، ولكن يتم استرداد الحد الأقصى لإنتاج الطاقة عن طريق التعديلات غرامه علي المنجم.
  7. جبل فلتر البيريفرينجينت < BF > ، لوحه موجه نصف < HWP > واثنين من لوحات موجه الربع (< QWP1 > و < QWP2 >) إلى المواقف المقابلة المبينة في الشكل 1. ويقع فلتر بيريفرينجينت بين اثنين من المستقطبات-واحده قبل (< >) وواحده بعد (داخل < ISO >)-لخلق تاثير مرشح الفرقة تمريره الجيب. يجب ان يكون هناك زاوية الحادث صغيره (3 ° − 5 °) ل< BF > من أجل السيطرة علي نطاق الطول الموجي. اضبط محاذاة المنجم مره أخرى حتى تصل طاقة الإخراج إلى اقصي قيمه.

5. اعداد مكونات اضافيه تجويف

  1. لصق جميع الموانئ الثلاثة من الخائن (الشكل 1) مع موصلات ألياف البصرية (FC) أو subminiature الإصدار A (SMA) الموصلات. تعتمد أنواع الموصلات علي منافذ الإدخال الخاصة بالرمز الضوئي ومحلل الطيف الضوئي (OSA). خطوات اللصق مطابقه لتلك الموضحة في القسم 1 أعلاه.
  2. قم بتوصيل إخراج واحد من المقسم إلى منفذ إدخال الصور الضوئية من OSA والإخراج الآخر إلى فوتوديكود باستخدام موصلات FC.
  3. قم بتوصيل منفذ إخراج ضوئي بمنظار الذبذبات (OSC) مع كابل نيل-كونسيلمان (BNC).
  4. قم بتوصيل ال< Col3 > إلى منفذ الإدخال الخاص بالمقسم.
    ملاحظه: استخدام الموصل لتوصيل المقسم و < Col3 > للراحة. ويمكن استبدال هذا الاتصال مع لصق إذا رغبت في ذلك.
  5. قم بازاله مستشعر عداد الطاقة.
  6. جبل المراه الصغيرة < M1 > والضاغط الأول صريف < G1 > علي الطاولة البصرية. لتحقيق اقصي قدر من الكفاءة من الحواجز الضاغطة ، واستخدام متر السلطة لمراقبه السلطة من الدرجة الاولي الحد الأقصى في حين ضبط زاوية الحادث عن طريق تدوير صريف.
    ملاحظه: يمكن استخدام مرحله التناوب للسيطرة علي التناوب بدقه. وبما ان الخسارة الناجمة عن أزاحه زاوية الحادث صغيره ، فان المرحلة التناوبية لا تستخدم هنا لتقليل التكلفة.
  7. جبل المرحلة الانتقالية علي الطاولة. جبل الضاغط الثاني صريف < G2 > علي المرحلة الانتقالية. وينبغي ان تكون المسافة بين الحواجز الشبكية حوالي 2 سم للضغط الأمثل مع التكيف الدقيق باستخدام مرحله الانتقالية. تاكد من ان الحواجز الشبكية متوازية.
  8. جبل مراه ضاغط < M2 > علي الطاولة البصرية. يجب ان تكون هذه المراه عموديه ومتعامدة مع الاتجاه المتحرك للمرحلة الانتقالية.
  9. جبل بقية المرايا ، والخائن شعاع ، والمنجم < Col3 >. سيتم تعديل المحاذاة لاحقا.
  10. بدوره علي الليزر مضخة. ضبط مستوي المضخة إلى اقل من 0.5 W.
  11. استخدام نطاق الاشعه تحت الحمراء للتحقق من لصق < C >. أضافه مؤشر هلام مطابقه لأي البقع الساطعة.
    ملاحظه: يجب ان يتم الخطوة 5.11 بانتظام اثناء الاستخدام العادي لليزر.
  12. محاذاة الضاغط.
    1. استخدام بطاقة الاشعه تحت الحمراء لتحديد موقع شعاع ، وضبط موقف < M1 > ، وضغط حواجز شبكيه بحيث شعاع الإخراج يخترق أجزاء ضغط النبض في التسلسل التالي: < M1 > ، < G1 > ، < g2 > ، < M2 > ، < g2 > ، < G1 > ، < M1 >.
    2. أماله < M2 > يصل قليلا لرفع شعاع ينعكس ، مما يجعلها تمر فوق مراه منتقي النبض < M1 >.
      ملاحظه: < M2 > يمكن استبدالها بعاكس الرجعية مثل ان المعول مراه < M1 > لا تحتاج إلى ان تكون الزاوية. وهذا هو ، سيكون شعاع ينعكس موازيه لشعاع الحادث ، ولكن النازحين ، وذلك باستخدام مراه عاكس لتبسيط الاعداد.
  13. محاذاة المنجم مع شعاع إخراج واحد من الخائن شعاع.
    1. قم بتشغيل OSA واضبط الجهاز علي وضع عداد الطاقة.
    2. ضبط زاوية المراه < M3 > والمنجم لتعظيم مدخلات الطاقة. يجب ان تكون قراءه الطاقة فوق-10 ديسيبل.

6. تحقيق الأداء مقفله وضع مع توصيف الناتج نبض الليزر

  1. بدوره علي OSC وتعيين الصك إلى وضع اقتران AC مع مستوي الزناد تعيين إلى 30 mV.
  2. نقل ألياف الضوئية المدخلات OSA إلى مدخلات أحاديه اللون. اضبط الجهاز علي وضع OSA.
  3. قفل المرحلة من الليزر عن طريق ضبط لوحات موجه15.
    1. تدوير < QWP2 > عده درجات ذهابا وإيابا. يتالف الطيف الخاص بقفل الوضع تقريبا من قمتين مستقرتين مع الهضبة بينهما (اي ما يسمي بشكل القطه أو الاذن أو باتمان). وفي الوقت نفسه ، يمكن ملاحظه قطار نبض مستقره علي OSC.
    2. إذا لم يتم ملاحظه الطيف وضع-تامين ، تدوير < QWP1 > عده درجات في اتجاه واحد وكرر الخطوة 6.3.1.
    3. إذا كان الطيف قفل الوضع لا يمكن ملاحظتها عن طريق تكرار 6.3.2 ، ثم تدوير < BF > عده درجات وكرر الخطوة 6.3.2.
      ملاحظه: هناك العديد من الوسائط المميزة لعمليه الليزر التي يمكن تمييزها من خلال مراقبه OSA: 1. واحد أو اثنين من القمم الضيقة (~ 1 نانومتر). هذه هي الانبعاثات التلقائية المضخمة (ASE). 2. A واسعه (~ 50 nm) ذروه صاخبه مع خطوط مكسوره تظهر بشكل عشوائي. هذا هو الطيف الجزئي قفل الوضع (الرابطة الباكستانية). في هذا الوضع نبض مثل الضوضاء تختلف شده ومده كل نبضه ، مما يؤدي إلى ضعف جوده الصورة الا إذا كان أحد يدمج تقلبات النبض علي فترات أطول بكسل الاقامه. 17 3- ذروه ASE واحده مع خلفيه صاخبه جدا تتكون من العديد من القمم المنخفضة السعه. هذا هو وضع التبديل Q غير مقفله الوضع. عندما تكون في هذا الوضع ، ويمكن في كثير من الأحيان تامين وضع بالتناوب < QWP1 > علي زاوية صغيره. 4. علي شكل باتمان وضع قفل الطيف. "الأذان" عاده ما يكون لها سعة مختلفه مع طيف مسطح بين ميزات حافه حاده. ويقدم دافودزاده وآخرون قياسات مفصله ونتائج توضيحيه لكل من هذه الأساليب العملية17.
  4. الحصول علي وتحليل الترددات الراديويه (RF) الطيف.
    1. افصل كبل BNC من OSC وتوصيله بمحلل طيف الترددات لاسلكيه.
      ملاحظه: لا ينصح باستخدام محول المحملة BNC ، لان الأرض تشكل حلقه مغلقه ، والذي يدفع صدي داخل الدائرة. لا يظهر محلل طيف الترددات لاسلكيه في الشكل 1، لأنه ياخذ نفس مركز OSC عند الاستخدام.
    2. اتبع دليل التعليمات محلل الطيف RF لتحديد الذروة الطيف الأساسي. يمكن حساب التردد التقريبي المتوقع استنادا إلى الوقت بين النبضتين باستخدام OSC.
    3. اضبط برفق لوحات الموجه وفلتر بيريفرينجينت لتعظيم نسبه الاشاره إلى الضوضاء ، وهو ارتفاع الذروة الاساسيه بالنسبة إلى الخلفية.
      ملاحظه: يجب ان يكون الطيف RF قفل الوضع ذروه واحده مع عدم وجود فصوص جانبيه. للحصول علي أفضل جوده للتصوير ، يجب ان يصل الاستخبارات إلى 70 ديسيبل علي الأقل. وينبغي رصد الطيف علي OSA بعناية ، وتتبع الشكل الطيفي باتمان ، لضمان بقاء الليزر وضع مقفله.
  5. اتبع إرشادات الشركة المصنعة لمحاذاة وتشغيل أوتوكوريلاتور لقياس مده النبض. ويمكن استخدام الناتج الثاني من الخائن شعاع خارج التجويف. مره واحده يمكن قياس مده النبض ، وضبط بعناية مرحله الانتقالية التي شنت < G2 > لضبط المسافة بين اثنين من الحواجز لضبط مده النبض.
    ملاحظه: لتسهيل المحاذاة ، فمن الأفضل لتركيب مراه < M1 > و < M2 > بشكل منفصل عن اثنين من حواجز شبكيه ومرحله الانتقالية التي يتم تحميلها. لاحظ أيضا انه يتم ملاحظه البقول picosecond كقاعده عريضة مع ميزه ذروه النبض fs المركزية اثناء العملية مغلقه وضع جزئيا17.
  6. زيادة الطاقة المضخة تدريجيا فوق 0.5 W للعثور علي قوه المضخة القصوى. وقد تم اختبار القوي تصل إلى ~ 5W. استخدام نطاق الاشعه تحت الحمراء لمراقبه باستمرار ألياف النشطة < 4 >. إذا ظهرت بقعه ساطعه ، فان قوه المضخة مرتفعه جدا داخل التجويف ، ومن المرجح ان تحرق ألياف النشطة عند مستوي المضخة هذا.
    ملاحظه: تعتمد القوه القصوى للنظام علي طول ألياف النشطة ومحاذاة مكونات المساحة الحرة داخل التجويف. البروتوكولات الموصوفة هنا تصل إلى القوي الناتجة تصل إلى 1 W دون ظهور بقع ساطعه أو حروق في التجويف ، وهذه القوه هي أكثر من كافيه لمعظم تطبيقات التصوير. ولم تختبر قوي الإنتاج الأعلى ولكنها قد تكون ممكنة ، علي الرغم من انه من المرجح ان يؤدي تعدد النبضات إلى16و17و18.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

من الضروري التحقق من العملية المقفلة عند الانتهاء من إجراءات تصنيع ألياف بالليزر. التواقيع من الأمثل fs نبض الجيل والليزر الاستقرار هي علي النحو التالي: أولا ، قد يكون نبض الناتج يتميز بشكل كاف بالاجهزه الموضحة في الخطوة 6. وينبغي ان تتركز الناتج نبض الطيف من مذبذب الليزر بالقرب من 1,070 nm مع الشكل المميز القط الاذن أو باتمان الذي يشير إلى وضع قفل كما هو متوقع من قبل المحاكاة العددية لل اندي نبض الفيزياء15 (الشكل 2ا)....

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

البروتوكولات المبينة هنا توليف الدراية والخبرة التي كانت ممارسه شائعه في مختبر الفيزياء الليزر لعقود ، ولكن التي غالبا ما تكون غير مالوفه لكثير من الباحثين الطب الحيوي. هذا العمل يحاول جعل هذه التكنولوجيا الفائقة ليزر ألياف الفائقة في متناول المجتمع الأوسع. تصميم الليزر ألياف اندي راسخة ، كما وضعت لأول مره في الاعمال المنوية من قبل الحكماء والزملاء3. ومع ذلك ، فان تطبيقات هذه التكنولوجيا من قبل المجموعات الأخرى أدت أحيانا إلى تقارير عن أشعه الليزر التي لا تعمل بشكل صحيح ، مما يدل علي الحاجة إلى مو...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

ولا يعلن أصحاب البلاغ عن اي تضارب في المصالح.

شكر وتقدير

ونشكر السيد ا. كرونين-فورمان والسيد ويتسمان (شركه اوليمبوس التابعة لمجموعه الحلول العلمية في الأمريكتين) علي المساعدة في الحصول علي الصور. وقد دعم هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة منحه K22CA181611 (إلى B.Q.S.) ومؤسسه ريتشارد وسوزان سميث الاسره (نيوتن ، ماجستير) جائزه الاسره سميث للتميز في البحوث الطبية الحيوية (إلى B.Q.S.).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
المحولات والمرايا والأعمدة والحوامل والمرحلة الانتقالية (ميكانيكا البصريات)ThorlabsTR6-P5 (3x) ، AD12NT (2x) ، PFSQ20-03-M01 ، PFSQ05-03-M01 ، KMS ، KM100C ، KM100CL ، KM200S ، LT1 ، LT101 ، UPH2-P5 ، UPH3-P5 (2x)المكونات البصرية القياسية
ساطور الألياف الضوئية المتقدمةAFLCT-100
AutocorrelatorFemtochromeFR-103XL / IR / FA / CDA
جبل BeamsplitterThorlabsBSH1 / M
جهاز الربط الانصهار في المصنعAFLFSM-100P
مزازات الأليافOZ Optics (كندا)LPC-08-1064-6 / 125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC3x
كاشف الثنائي الضوئي عالي السرعة المقترن بالأليافThorlabsDET08CFC
عازل الفضاءالحر ThorlabsIO-5-1050-HP
عازل الفضاء الحرThorlabsIO-3D-1050-VLP
نصف صفيحة الموجةالاتحاد البصريات (الصين)WPZ23122x
وحدة مضخة ألياف متعددة الأوضاع عاليةGauss Lasers (الصين)Pump-MM-976-10
مضخة عالية الطاقة ومجمع الإشاراتITF Technology (كندا)MMC02112DF1
هلام مطابقة المؤشرThorlabsG608N3
محلل الطيف البصريKeysightAgilent 70951B
راسم الذبذباتKeysightAgilent 54845A
ألياف مزدوجة المكسوة السلبية (5/130 & mu ؛ م)تقنية الITF (كندا)MMC02112DF13 م ، مضمنة مع الموحد
مقسم الشعاع المستقطبThorlabsPBS253
Quarter WaveplatesUnion Optics (الصين)WPZ4312لوحة
ترشيح ثنائية الانكسار الكوارتز2x Newlight (كندا)BIR1060
محلل طيف الترددات اللاسلكيةTektronixRSA306B
ألياف أحادية الوضع (6/125 & mu; م)بصريات OZ (كندا)LPC-08-1064-6 / 125-S-1.6-7.5AS-60-X-1-2-HPC1 متر ، مضمنة مع مقارنة
الألياف أحادية الوضعAFW (أستراليا)FOSC-2-64-30-L-1-H64-2
صريف حيود ناقل الحركة 1LightSmythT-1000-1040-3212-94لصريف
حيود نقل الضاغط 2LightSmythT-1000-1040-60x12.3-94ل ضاغط
دوران لوحة الموجة جبلThorlabsRSP1 / M4x
مخدر بالإيتربيوم وضع واحد مزدوج الألياف المكسوةThorlabsYB1200-6 / 125DC3m
الطاقة

المراجع

  1. Savage, N. Optical parametric oscillators. Nature Photonics. 4, 124(2010).
  2. Xu, C., Wise, F. Recent advances in fibre lasers for nonlinear microscopy. Nature Photonics. 7, 875(2013).
  3. Kieu, K., Wise, F. All-fiber normal-dispersion femtosecond laser. Optics Express. 16, 11453-11458 (2008).
  4. Fekete, J., Cserteg, A., Szipőocs, R. All-fiber all-normal dispersion ytterbium ring oscillator. Laser Physics Letters. 6, 49-53 (2009).
  5. Krolopp, Á, et al. Handheld nonlinear microscope system comprising a 2 MHz repetition rate, mode-locked Yb-fiber laser for in vivo biomedical imaging. Biomedical Optics Express. 7, 3531-3542 (2016).
  6. Fermann, M. E., Hartl, I. Ultrafast fibre lasers. Nature Photonics. 7, 868-874 (2013).
  7. Szczepanek, J., Kardaś, T. M., Michalska, M., Radzewicz, C., Stepanenko, Y. Simple all-PM-fiber laser mode-locked with a nonlinear loop mirror. Optics Letters. 40, 3500-3503 (2015).
  8. Bowen, P., Singh, H., Runge, A., Provo, R., Broderick, N. G. Mode-locked femtosecond all-normal all-PM Yb-doped fiber laser at 1060 nm. Optics Communications. 364, 181-184 (2016).
  9. Chong, A., Buckley, J., Renninger, W., Wise, F. All-normal-dispersion femtosecond fiber laser. Optics Express. 14, 10095-10100 (2006).
  10. Kieu, K., Renninger, W., Chong, A., Wise, F. Sub-100 fs pulses at watt-level powers from a dissipative-soliton fiber laser. Optics Letters. 34, 593-595 (2009).
  11. Wise, F. W. Femtosecond Fiber Lasers Based on Dissipative Processes for Nonlinear Microscopy. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics. 18, 1412-1421 (2012).
  12. Nielsen, C. K., Keiding, S. R. All-fiber mode-locked fiber laser. Optics Letters. 32, 1474(2007).
  13. Liu, Z., Ziegler, Z. M., Wright, L. G., Wise, F. W. Megawatt peak power from a Mamyshev oscillator. Optica. 4, 649-654 (2017).
  14. Sidorenko, P., Fu, W., Wright, L. G., Olivier, M., Wise, F. W. Self-seeded, multi-megawatt, Mamyshev oscillator. Optics Letters. 43, 2672-2675 (2018).
  15. Li, X., et al. High-power ultrafast Yb:fiber laser frequency combs using commercially available components and basic fiber tools. Review of Scientific Instruments. 87, 093114(2016).
  16. Bale, B., Kieu, K., Kutz, J., Wise, F. Transition dynamics for multi-pulsing in mode-locked lasers. Optics Express. 17, 23137-23146 (2009).
  17. Davoudzadeh, N., Ducourthial, G., Spring, B. Q. Custom fabrication and mode-locked operation of a femtosecond fiber laser for multiphoton microscopy. Scientific Reports. 9, 4233(2019).
  18. Renninger, W., Chong, A., Wise, F. W. Area theorem and energy quantization for dissipative optical solitons. Journal of the Optical Society of America. 27, 1978-1982 (2010).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

مقالات ذات صلة